虛擬風洞 是什麼？What is Virtual Wind Tunnel ?

如果你曾經做過

• 車身防污 Vehicle Soiling
• 車輛涉水 Water Wading
• 噴濺模擬 Splash Simulation
• 電動車冷卻 EV Cooling
• 空氣動力學 Aerodynamics

你一定知道一件事。

真正花時間的，不是模擬，而是前處理。

很多工程師需要先使用 CFD 建立風場，再將資料匯入 SPH 軟體進行液體、泥沙或涉水分析。這種流程涉及多套軟體切換、大量資料匯出與匯入，不僅增加操作複雜度，也延長產品設計週期。

PreonLab 7.1 新增的 Virtual Wind Tunnel (VWT) 正是為了解決這個痛點。透過內建有限體積法（FVM）求解器，可直接在 PreonLab 中建立穩態與暫態氣流，並與 SPH 粒子流體模擬結合，大幅簡化模擬流程。

• 縮短設計回饋週期： 研發初期即可直接在 PreonLab 內生成車身周圍氣流，並透過「單向耦合（One-way coupling）」完美結合水、雪、泥沙等粒子流體模擬。

• 局部網格加密與數據精簡： 使用者可定義局部加密區域，並將數據儲存限制在特定範圍內。無需再匯入整車的大型氣流檔案，不僅節省記憶體，更顯著加快數據處理速度。

為什麼傳統 CFD + SPH 工作流程效率不高？

一般工程流程如下：

CAD

↓

Mesh

↓

CFD

↓

Export Velocity Field

↓

Import SPH

↓

Water Simulation

這代表：

✓ 多套軟體

✓ 多次資料轉換

✓ 超大型檔案

✓ 每修改一次CAD

全部重跑。

因此產品迭代速度受到限制。

PreonLab 7.1 如何改善？

新版最大的突破，就是把 CFD 前處理整合到 SPH 工作流程中。

虛擬風洞 Virtual Wind Tunnel 可以：

✓ 建立穩態風場

✓ 建立暫態風場

✓ 直接與 SPH One-way Coupling 整合

✓ 不需要外部 CFD

✓ 可建立局部高解析度區域

✓ 降低記憶體使用量

✓ 加快資料處理速度

Heat Transfer Solver 全面升級

除了風洞功能外，PreonLab 7.1 也針對熱流分析進行重大升級。

新版熱傳求解器帶來：

• 模擬速度提升約 50%
• Busbar Cooling 驗證模型誤差多數縮小至 5% 以內
• 支援 Cooling Plate、E-Motor Cooling、Brake Cooling 等熱管理應用
• 更穩定的流固耦合（CHT）分析

對於 電動車 、AI 伺服器散熱與高功率電子設備而言，可有效縮短驗證時間，提升產品開發效率。

車輛動力學 Vehicle Dynamics 更接近真實世界

車輛模擬一直是 SPH 的重要應用。

PreonLab 7.1 加入：

• 強耦合流體壓力求解器 ： 流體壓力與整車懸吊模型實現強耦合，能有效避免極端涉水場景下的模擬不穩定，並支援車輛在流體域中的穩定初始設定。
• 導入 Ackermann Steering 轉向運動學 ： 轉向時能精確計算內外側車輪的角度，使車輛繞彎運動更符合真實幾何。
• 軌跡與速度解耦 Distance-mapped Trajectories ： 過去以時間為基準的導引方式已升級為以「距離」為基準。這意味著您可以預先設定好行進路線（如：在進入涉水槽或遇到顛簸路面前減速），而車速的調整、外部受力或更換駕駛員模型，都不會影響既定的行駛軌跡。
• 動態剛體支援外加負載 Dynamic Rigid Body Torque ： 現在可對動態剛體施加點負載、質心力矩或馬達旋轉扭矩，以便在模擬中納入摩擦阻力矩等細節，使模擬更貼近現實。

這些更新讓：

• 涉水測試
• 泥沙飛濺
• 車身污染
• 越野模擬

更加符合真實物理現象。

PreonLab 7.1 導入了多項由全球資深用戶敲碗期待的實用功能，讓日常的模擬操作變得更流暢、更自動化：

• 模擬自動終止準則（Stopping Criteria）： 使用者可根據場景統計數據或感測器數值，設定閾值或收斂條件。一旦滿足條件，系統會自動停止模擬，無需人工死守螢幕，自動化程度再提升。

• 強大的計算物件（Calculation Objects）與參數化設定： 全新支援「計算屬性（Calculated Properties）」，使用者可直接將計算物件賦予屬性（例如：根據感測器數據即時回饋控制邊界條件或齒輪轉速），告別繁瑣的 Keyframe 或 PreonPy 腳本。編輯器更貼心內建「自動補全提示」，讓公式撰寫又快又準。

• 場景存取與並行控制（Concurrency Control）： 當團隊共享同一個場景檔案時，系統會自動檢查。若檔案已被佔用，用戶可選擇以「限制存取模式（僅檢視、調整視覺化或渲染，無法覆蓋儲存）」開啟，或直接接管編輯權，有效避免團隊協作時檔案被意外覆蓋。

• 支援 EnSight Gold 格式匯出： 除了常見的 .csv，感測器數據現在支援以更緊湊的 EnSight Gold 格式匯出，方便直接匯入 ParaView 等第三方工具進行高階視覺化評估。

哪些產業最適合使用？

PreonLab 7.1 特別適合：

• Automotive
• EV Battery
• Busbar Cooling
• Thermal Management
• Industrial Equipment
• Aerospace
• Heavy Machinery
• Off-road Vehicle
• Water Management
• AI Server Cooling

四大升級重點快速整理

虛擬風洞是什麼？PreonLab 7.1 如何提升 CFD、SPH 與熱流模擬效率

FAQ

虛擬風洞 Virtual Wind Tunnel 是什麼？

Virtual Wind Tunnel 是 PreonLab 7.1 內建的風場建立功能，可利用 FVM 建立穩態或暫態氣流，不需依賴外部 CFD 軟體即可與 SPH 模擬整合。

SPH 和 CFD 有什麼差異？

CFD 擅長連續流場分析；SPH 採用粒子法，更適合自由液面、飛濺、涉水、泥沙等複雜流體行為。兩者可互補，而 PreonLab 7.1 進一步降低兩者整合的成本。

PreonLab 適合哪些產業？

汽車、 電動車 、電子散熱、AI Server、工業設備、航太、重機械等需要流體與熱管理模擬的產業。

PreonLab 可以模擬哪些應用？

包括 Vehicle Soiling、Water Wading、Oil Jet Cooling、Cooling Plate、Busbar Cooling、Thermal Management、Splash Simulation 等。

SimHex 可以提供哪些服務？

SimHex 不僅提供 PreonLab 軟體，也能協助企業導入 SPH 模擬流程、CAE 技術支援、教育訓練與客製化顧問服務，協助研發團隊縮短產品開發時間。

結 尾

如果您的團隊正在評估 SPH 流體模擬、熱管理分析或車輛涉水與飛濺模擬，或是對 虛擬風洞是什麼？PreonLab 7.1 如何提升 CFD 、SPH 與熱流模擬效率 文章有任何的想法，歡迎與 SimHex 聯繫。我們可安排 PreonLab 7.1 軟體展示、技術交流與實際案例分享，協助您找到最適合的模擬解決方案。

延伸閱讀

1. PreonLab 新的粒子生成方法
2. 新版 PreonLab 5.1 發布: 更貼近真實應用
3. PreonLab 計算多種 結構 材質之間的 熱傳導
4. 新版PreonLab 5.2 無網格光滑粒子流場分析
5. PreonLab光滑粒子分析 CPS與自適應細化功能應用
6. 電泳優化 – AVL Preonlab CFD計算流體力學 (上)
7. 電泳優化 – AVL Preonlab CFD 計算流體力學 (下)

這篇文章 虛擬風洞是什麼？PreonLab 7.1 如何提升 CFD、SPH 與熱流模擬效率 最早出現於 星恆科技有限公司。

多相流功能

新版 PreonLab 5.1新增多相流模擬功能，可以針對氣體進行求解。下圖以上升的氣泡模型顯示 PreonLab 的模擬結果與一般網格模型的分析結果一致。

圖1: PreonLab與不同分析軟體的結果比較

多相流功能可實際應用在高速齒輪箱油的飛濺與潤滑，在模擬結果中可以看到油液中卷吸的氣相粒子，相較於有限體積法， PreonLab 的多相流功能計算速度有明顯的優勢：

圖2: PreonLab與不同分析軟體的速度比較

局部細化功能

新功能中分別支援液相粒子與氣相粒子進行局部的細化，也可以針對不同求解器定義不同的粒子直徑。在PreonLab新版選單中，可以局部加密固體壁面附近的粒子，提供使用者更靈活的建模選擇，相較於box domain的局部細化，其計算速度可提供約2倍。

圖3: 新版 PreonLab的局部細化功能

熱分析應用

• Wall Function 功能提升，提供熱傳HTC的計算精度
• 支持固體溫度場的求解：活塞冷卻、電機冷卻…
• 固體粒子熱傳導計算也支持任意形狀的局部細化，大幅提升計算效率

圖4: 新版 PreonLab 的局部細化功能應用在固體中

Snow求解器增強

在 5.1 版 本 中，Snow求解器 的 計 算 速 度 得 到 大 幅 的 提 升，在 下 圖 與 Audi 的 實 際 應 用 案 例 中 可 看 到 ，用 新 版 PreonLab 可 以 獲 得 3.6倍 的 增 速。

圖5: NAFEMS world congress 2021 “CFD Simulation of a Vehicle Driving in Snow”

想 更 清 楚 的 了 解 新版 PreonLab 5.1 發布: 更貼近真實應用 的 細 節 ，歡 迎 來 電 (02)2712-8448 或 是 來 信。

If you want to know more details from PreonLab  ,please contact Simhex.

PreonLab 介紹：

經 典 CFD 軟體和 PreonLab 之 間 的 差 異 很 快 就 能 解 釋 清 楚 —— 經典 CFD 軟體 基 於 網格創建 ，而 PreonLab 則 選 擇 了 不 同 的 方 法 ：平滑粒子流體動力學 （SPH） 是 革 命 性 PREON® 技術 的 基 礎 。 

無需網格，所 有 流體力學 難 題 都 可 以 快 速 且 輕 鬆 地 解 決 。同 時， PreonLab 能 為 您 提 供 可靠的視覺化結果 。

應 用 領 域 PreonLab 齒輪箱 涉水 雪場景

•  齒輪箱 

使用 PreonLab 進行 齒輪箱 的仿真，能夠顯著的縮短開發周期。 極短的仿真建模時間，能夠實現設計方案快速迭代，甚至可以在優化迭代中考慮換熱。

•  涉水 

不同車速及 涉水 深度條件下，車輛的準確運動規律對於涉水仿真非常的重要。 PreonLab 中的車輛懸架模型，能夠更加準確的考慮涉水過程中的車輛姿態。

•  雪場景 

PreonLab 能夠模擬各種不同屬性的流體，甚至包括雪。 PreonLab 中獨特的雪求解器，能夠幫助用戶進行各種 雪場景 的求解，解決複雜的問題，例如：輪罩內的積雪。

為 什 麼 選 擇 PreonLab ？

• 強大的SPH求解器

與常規的基於粒子的求解器相比， PreonLab 可以穩健地處理更大的時間步長，將計算時間減少幾個數量級，並且無需人為去定義求解步長。

• 後處理

PreonLab 配備了強大的內建後處理工具，保障流暢易用的量化結果統計還是高品質的影像渲染。

• 連續粒子尺寸

對於有限體積法來說網格細化並不是一個新主題，這也是加速計算的有效手段 。但對於粒子法軟體來說是一個非常大的挑戰，PreonLab 透過連續粒子尺寸（CPS）技術可以實現高效且穩健的粒子細化及合併，同樣達到加速求解的效果。

更 重 要 的 是 ？

粒子 也 非 常 適 合 為 其 他 材 料 建模。  PreonLab 可 以 用 彈塑性模型 和 剛體模擬 各 種 類 型 的 雪，當 然 也 是 用 的 隱式解法 。

新 奇 功 能 ？

上 述 並 不 是 PreonLab 能 做 到 的 全 部 ！ PreonLab 還 有 一 些 其 他 特 異 功 能 可 滿 足 你 一 切 所 想 。

• A柱溢流現像模擬

雨天行車側窗被雨水覆蓋嚴重影響駕駛透過後視鏡觀察車輛週邊環境，極易引發交通事故。 雖然該現象無法避免，但是我們可以透過模擬分析手段去優化結構設計，進而確保我們後視鏡的可觀察度。 PreonLab可以透過耦合不同工況下的空氣流場進而分析出對應工況下A柱溢流後雨水在側窗的分佈情況，方便我們提升車輛主動安全性能。

• 泥水污染評估

PreonLab可以透過非牛頓流體模擬車輛通過泥水路面後車身以及機艙內關鍵部件的污染情況。 一方面可以引導我們車身擋泥板等外飾件的設計，另一方面也可以提示我們是否要對關鍵部件做一些必要性的擋板以提升部件的使用壽命。

• 雪屬性資料庫

PreonLab可以模擬積雪路面行車和雪天行車等不同雪場景。然而雪的形態和屬性和天氣狀況有很大關係。 PreonLab 以彈塑性模型和剛體模擬各種類型的雪，並且根據工程經驗內建了6種常見雪的屬性參數供使用者直接呼叫。

• 自動駕駛感應器水管理

自動駕駛功能的可靠性直接影響到我們的行車安全，也是我們主機廠研發人員和終端使用者都非常重視的重點。 功能可靠性的前提是我們的雷達或攝影機能夠擯除幹擾因素獲得準確的訊號。 PreonLab可以較全面的輔助我們分析車輛各種水環境下，雷達或攝影機水的覆蓋情況，引導我們進行設計優化以提升功能可靠性。

延伸閱讀

• AVL PreonLab 5.1 Release
• AVL PreonLab 無網格CFD模擬技術

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